[发明专利]一种基于安装性能的发动机喷管出口面积调节设计方法

摘要

一种基于安装性能的发动机喷管出口面积调节设计方法，根据发动机主调节计划、限制值及飞行高度、马赫数使用发动机零维计算软件计算发动机截面参数及可调节截面面积，由此时喷管喉道面积的101％作为最小值，喉道面积的250％作为最大值，等分系列喷管出口面积，分为13份；通过流场计算软件计算各出口面积条件下喷管流场，通过流场计算软件后处理计算发动机喷管非安装推力以及后体阻力，选取非安装推力与后体阻力之和的最大值，此最大值对应的喷管出口面积为此状态的最优喷管出口面积。本发明的优点：能够实现在不改变发动机喷管结构、发动机工作状态的前提下，有效提高发动机安装推力。

主权项

一种基于安装性能的发动机喷管出口面积调节设计方法，其特征在于：所述的基于安装性能的发动机喷管出口面积调节设计方法为：根据发动机主调节计划、限制值及飞行高度、马赫数使用发动机零维计算软件计算发动机截面参数及可调节截面面积，由此时喷管喉道面积的101％作为最小值，喉道面积的250％作为最大值，等分系列喷管出口面积，分为13份，根据发动机喷管结构尺寸、喉道面积、喷管出口系列面积分别建立喷管内外流场数值计算的三维或二维模型，由流场计算软件开展喷管内外流场计算，其中计算边界条件由发动机截面参数中的喷管进口处及飞行环境参数确定，通过流场计算软件后处理计算发动机喷管非安装推力以及后体阻力，选取非安装推力与后体阻力之和的最大值，此最大值对应的喷管出口面积为此状态的最优喷管出口面积，使用相同的方法选取其它各状态的喷管最优出口面积，拟合成与飞行高度、马赫数，发动机状态有关的发动机喷管出口面积调节计划A9=f(H,Ma,n)；出口面积可主动调节的发动机喷管及飞机后体示意图，发动机喷管出口面积A9改变时，通过联动杆（3）使外调节片（4）绕E点转动，外调节片（4）转动影响外调节片（4）、过渡片（5）、飞机后体及机尾罩（6）外表面静压分布，导致后体阻力发生改变；同时，喷管A9面积改变也能影响发动机喷流，喷流对各表面阻力同样产生影响，由上可知，喷管出口A9面积对后体阻力有重要影响，为优化发 动机安装性能，本发明以喷管出口参数计算的发动机非安装推力与外调节片（4）、过渡片（5）、飞机后体及机尾罩（6）表面静压计算的后体阻力之和作为优化喷管出口面积的目标，分别计算各高度、马赫数下发动机喷管出口面积不同时发动机非安装推力与后体阻力；进行非安装推力和后阻力计算时，以Matlab软件为集成平台，发动机总体性能以零维程序Turbotrans、喷管内外流场计算以gambit、fluent为计算工具；Turbotrans程序生成可执行文件（*.exe），通过批处理文件（*.bat）被Matlab调用，Matlab可通过读取Turbotrans的计算结果，在喷管结构尺寸、喷管出口面积的基础上产生可供CFD软件使用的命令流（操作日志文件（*.jou）），用于计算几何模型的建立、网格的生成、计算湍流模型选取、边界条件设置等工作，CFD软件由Matlab通过批处理（*.bat）命令方式启动、导入操作日志后开展流场计算，流场计算收敛后，通过流场计算软件，积分喷管出口气动参数：速度、质量流量、静压，计算发动机非安装推力，同时积分外调节片（4）、过渡片（5）、飞机后体及机尾罩（6）上表面静压，计算后体阻力；选择非安装推力与后体阻力之和最大值对应该的喷管出口面积作为此状态的最优喷管出口面积，以相同方法优化最它飞行状态的发动机喷管出口面积，以此系列最优喷管出口面积及飞行高度、马赫数、发动机状态参数拟合成喷管出口面积调节计划A9=f(H,Ma,n)。